论文部分内容阅读
塑料产品在我们的生活中无处不在,然而,目前生产高分子塑料所需的原料大都来自石油资源,随着石油资源的缩减以及由石油基塑料带来的巨大生态破坏问题,通过可再生资源制备高分子材料以及研发可降解高分子材料成为一项紧迫而意义重大的任务。聚乳酸(PLA)作为一种新型环保高分子材料,具有良好的生物相容性、可降解性和易加工性,同时具备高强度与高模量等优点,而且相对其它可降解材料而言价格较低,具有替代聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等传统石油基高分子材料的潜力,目前广泛被认为是最具有发展前景的可再生、绿色、环保材料之一。尽管PLA具有高强度与高模量等优点,PLA仍然具有韧性较差、结晶速率慢、降解缓慢、疏水性强以及缺乏活性侧链基团等缺点。考虑到PLA这些缺点,共聚、合成以及聚合物共混等方式被用来改善PLA的缺点。由于聚合物共混具有易操作性以及较高的经济效益,从而得到工业界以及学术界较大的关注。聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯(PBAT)是一种可完全降解的脂肪族芳香族共聚酯,考虑到PBAT具有较好的韧性以及较快的生物降解速率,PBAT可以作为与PLA进行共混增韧改性的一个较佳选择。本文在使用课题组自主研发的一字型同向平行三螺杆挤出机的基础上,运用Polyflow对三螺杆挤出机均化段中PLA的速度场、剪切速率场、粘度场、混合指数、浓度场与粒子运动轨迹进行了数值模拟,在此基础上对三螺杆挤出机加工机理进行了阐述,为指导制备PLA/PBAT共混物提供了理论指导。采用最佳螺纹组合,本文基于一字型同向平行三螺杆挤出机制备了高性能的PLA/PBAT共混物,并对不同基体配比的PLA/PBAT共混物的性能进行了全面研究,结果表明PBAT的加入能较大的提升PLA的结晶度,且随PBAT含量提升,PLA/PBAT共混物的断裂伸长率与冲击强度不断提升。除此以外,本文探究了相容剂乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯无规三元共聚物(EGMA)、自由基引发剂过氧化苯甲酰(BPO)与过氧化二异丙苯(DCP)、有机改性蒙脱土(MMT)对PLA/PBAT共混物的化学结构、微观形貌、结晶性能、热稳定性以及物理机械性能等的影响。加入EGMA后PLA和PBAT之间的相容性得到明显改善,PLA/PBAT共混物的韧性得到大幅提升,当EGMA添加量为6份时,PLA/PBAT共混物的断裂伸长率达到267%;引发剂DCP或BPO与PLA/PBAT共混物原位反应形成的PLA-g-PBAT共聚物存在于相界面层中,有利于增强相界面结合力,改善相容性,当添加0.1份DCP时,共混物的冲击强度由3.76 MPa提升至9.38 MPa;无机填料与聚合物的共混改性是实现高分子材料高性能化的一条重要途径,MMT的加入提升了PLA/PBAT共混物的拉伸强度与拉伸模量,并且小幅提升了PLA/PBAT共混物的冲击强度。